信息功能材料论文

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1、信息功能材料学论文橡胶材料在压敏型电缆传感器上的应用摘要：文中介绍了用橡胶材料制造的压敏型电缆传感器。这种传感器上有正负电极。当压敏传感器在外力作用下发生变形引起一对电极相互接触时，传感器便进入’ON'状态。该传感器采用导电橡胶和绝缘橡胶两种橡胶材料。导电橡胶应具有低体积电阻率和高耐久性；绝缘橡胶则应具有良好的柔软性和耐久性。关键词：传感器；导电橡胶；绝缘橡胶；柔软性0前言橡胶材料的优异特性在压敏型电缆传感器部件屮得到了广泛的应用。该传感器带正负电极的结构，加载荷时，传感器木身会发生变形，使电极相

2、互接触而检测出压力。这种传感器中使用的是导电橡胶和绝缘橡胶这两种不同的橡胶材料。在安全、防盗意识不断提高的背景下，压敏型电缆传感器在汽车动力车窗、电动滑动门、建筑物屮的门动屏等ri动开关系统的防夹、监视及施工现场车俩监控等各种场合都得到了应用。文屮介绍了新开发的具有电极螺旋结构的压敏型电缆传感器的特征及其所用的橡胶材料。1压敏型电缆传感器与橡胶材料1.1压敛型屯缆传感器的结构图1为具有代表性的压敏型电缆传感器的断面结构。由导电橡胶和金属芯线组成的止、负电极与纵向平行，它设置在外层绝缘橡胶的内壁上。

3、虽然正、负电极在OFF（断开）状态下靠空间进行绝缘，但加上压力发生变形时，电极便接触通电，处于ON得通）状态（图2）。压力一旦释放，又恢复到原来的OFF状态。1.2压敏型电缆传感器用橡胶材料压敏型电缆传感器使用的是导电橡胶和外层绝缘橡胶两种不同的橡胶材料。两种橡胶材料所要求的特性列于表1。n1具衣代農性的as力ffl2电伶的ONOFF«»♦•脱材啊1?求转性•低bhf•”變餐仝ti•mjuT.tr・1%甘的童朋帳加n-对导电橡胶來说，最重要的特性是传感器在ON状态时电阻要小，故体积电阻率应该小；另

4、外，稳定性要好，放置在使用环境中不致发生变化。基于这种原因,通常在橡胶胶料中使用导电炭黑，以提高导电性能。如图3所示，与普通补强用炭黑相比，导电炭黑的一次结构粒子是支链连接的结构，分散在树脂屮时，炭黑容易接触而显示岀导电性。图4所示的是丁基橡胶配合导电炭黑的实例。从屮可以看出，随着配合量的增加，体积电阻率急剧下降。导电炭II补强真黒图3炭USS构图・心10s—V(><3020'H<1nt—IQ-，0102030405060炭黑远加■/%S4丁墓■胶中炭黒涉加■和体积电阻率的关系如果为了降低体积电阻

5、率而增加导电炭黑用量，则因胶料粘度上升，会使加工性能变得非常差。因此，在胶料配合时应考虑到体积电阻率和加工性能之间的综合平衡。对外层绝缘橡胶的要求是，耐久性好，即使进行反复ON,OFF动作也不致发生变形、扁塌和开裂等现彖。另外，从反应性角度考虑，柔软硅好也很重要。一般来说，耐久性和柔软性这两种特性是相反的，但对于外层绝缘橡胶材料来说，两者必须同时兼顾。根据使用温度范I韦I、耐油性、阻燃性等性能要求，导电橡胶和外层绝缘橡胶的材质，可从聚氯乙烯及丁購橡胶、乙丙橡胶、硅橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶等品种中进

6、行选择。2螺旋电极压敏型电缆传感器2・1传感器的结构图5为新开发的螺旋电极电缆型压敛传感器的结构。如图所示，正、负电极各有两个，同类电极按相对位置设置，一旦加上负载，相邻的正、负电极便接触而进入0N状态。因而，将各屯极沿屯缆纵向呈螺旋状设置。2・2螺旋电极传感器的特性由于4根电极呈螺旋状设置，故该传感器具有下列特点：(1)可以检测各个方向的压力；(2)可以弯曲布线。电极(金属芯线。导电橡胶)电极沿纵向早螺货状配賈4.5mm图5新开发的压敏型电缆传感器的断面结构(4根螺旋电极结构)如图6的断面①和断

7、面②所示，4根电极在纵向上稍有移动，便离开原来的位置，并在反应负载的方向上发生变化。因此，可根据想要作出反应的最小幅度來调整相对螺距，以便对各方向进行检测。另外，由于螺旋结构在弯曲时不易被扭曲，电极不会接触，所以，任何方向都可弯曲布线。压敏传感器①断面在负载下来自于上下（左右）的反应◎断面在负载下来自于上下45•的反应6各方向上的检测机理2.3传感器的特性2.3.1ON/OFF特性图7为新开发的传感器的ON/OFF特性。测定时，以屮4mni棒作为夹具（压头）来施加圧力，在圧头速度0.2m,fnin

8、条件下进行测定。从图中可以看出，在接近5N的低负载作用下，2502004>4压头連度：0.2nVmin150100°01020304050S7新开发的传感II之ON-OFF«性电极间电阻从绝缘状态急剧地变化到10Q以下，体现出优异的开关特性。这是由于对导电橡胶材料进行了导电炭黑等配合剂和各种橡胶的试验研究，实现了低体积电阻率和加工性能两者同时兼顾的缘故。2.3。2温度与反应负载的关系图8为新开发的传感器的温度与反应负载的关系。在电极间电阻达100Q时的反应负载，是用屮4mni棒作为